永磁同步电动机电流环矢量控制文档.doc

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1、..永磁同步电动机的数学模型和矢量控制1.坐标变换原理（1）坐标系介绍三种：三相静止坐标系（abc）、两相静止坐标系（αβ）以及同步旋转坐标系（dq）（2）坐标变换主要目的是为了将交流电机的物理模型等效地变成直流电机的物理模型，使控制大大简化。不同电机模型等效的原则是：在不同坐标系下产生的磁动势相同。l三相静止坐标系与两相静止坐标系之间转换为方便起见，取α轴与A轴重合，设三相系统每相绕组的有效匝数为N3，两相系统每相绕组的有效匝数为N2，各相磁动势均为有效匝数及其瞬时电流的乘积。交流电流的磁动势大小随时间耳边，图中磁动势矢量的长短是任意画的。设磁动势波形是正弦分布，当三相磁

2、动势与两相磁动势相等时，两套绕组瞬时磁动势在α、β上的投影应当相等。为了便于求反变换，最好将变换阵表示成可逆的方阵。为此，在两相系统上人为地增加一相零轴磁动势N2i0，并定义为将以上三式合在一起，写成矩阵形式，得式中是三相坐标系变换到两相坐标系的变换阵。满足功率不变条件时应有......显然，两矩阵的乘积应该为单位阵，由此求得这就是满足功率不变约束条件时的参数关系。由此得到在实际电机中并没有零轴电流，因此实际的电流变换式为如果三相绕组是星形不带零线接法则整理得......l两相静止/两相旋转变换l由三相静止坐标系到任意两相旋转坐标系上的变换......2.永磁同步电动机的数

3、学模型当永磁同步电动机的定子通入三相交流电时，电枢电流在定子绕组电枢电阻RS上产生电压降。由三相交流电流产生的旋转电枢磁动势Fa，及建立的电枢磁场，一方面切割定子绕组并在定子绕组中产生感应反电动势，另一方面以电磁力拖动转子以同步转速ns旋转。电枢电流还会产生仅与定子绕组相交链的定子绕组漏磁通。并在定子绕组中产生感应漏电动势。此外转子永磁极产生的磁场以同步转速切割定子绕组，从而产生空载电动势。因此永磁同步电动机运行时的电磁关系如下所示：......该变换将转子两相旋转坐标系中的量直接变换到定子三相静止坐标系中，对电流、电压、磁链都适用、由此可得：......由转矩方程可以看出

4、来，永磁同步电机的电磁转矩基本上决定于定子交轴电流分量和转子次梁。在永磁同步电机中，由于转子磁链恒定不变，故几乎都采用转子磁链定向方式来控制永磁同步电机（进行所有这些运算的前提是转换到同步旋转坐标系达到去耦合，旋转坐标系以转子为基准，由此命名转子磁链或磁通定向控制，这个定向指的是与转子旋转一定角度之后的定向）。3.永磁同步电机的矢量变换首先简要介绍直流电动机的控制过程，总所周知，在他励直流电动机中，励磁磁场与电枢磁动势间的空间角度由电刷和机械换向器所固定。通常情况下，两者正交。因此，当励磁不变时，电枢电流和电磁转矩间存在线性关系。通过单独调节电枢电流可以直接控制转矩。为使电

5、动机在高速去能以恒功率方式运行，还可以单独调节励磁，进行弱磁控制。正是因为在很宽的运行围都能提供可控转矩，直流电动机才在传动系统中得到了广泛的应用。在同步电动机中，励磁磁场与电枢磁动势间的空间角度不是固定的，它随负载而变化，特别在动态情况下，这将会引起磁场间十分复杂的作用关系，因此也就不能简单通过调节定子电流来控制转矩。倘若能够利用电动机外部的控制系统，即通过外部条件能对定子磁动势相对励磁磁动势的空间角度实施定向控制，就可以直接控制两者间的空间角度。我们将此称为“角度控制”。若对定子电流幅值也能独立地直接控制，就将永磁同步电动机模拟为他励直流电动机。这实际是对定子电流空间矢

6、量相位和幅值的控制，所以称之为“矢量控制”（针对定子电流空间矢量）。永磁同步电动机的矢量控制与异步电动机、电励磁同步电动机一样，都是一种基于磁场定向的控制策略，只是前者转子永磁体所提供的磁场恒定，加之其结构和参数各异，故控制方法和其他电机也有所不同。同步电动机按照磁链定向控制的方法分类可以分为四种控制方案：转子磁链定向控制，定子磁链定向控制，气隙磁链定向控制和阻尼磁链定向控制。根据角（定子电流相对的空间角度）的控制围，矢量控制有三种形式：（1）方式。在这种方式下，转矩表达式。电磁转矩仅仅依靠交轴电流，从而实现了力矩表达式中的交直轴电流解耦，达到了矢量控制的目的。永磁同步电动

7、机的电流磁势和励磁磁势正交，当磁路为线性时，定子电枢电流对转子励磁磁场既无助磁作用也无去磁作用，永磁同步电动机的电磁转矩与电枢电流交轴分量成正比，且电动机的转矩系数最大。（2）方式。在这种方式下，，定子电枢绕组电流存在直流分量，且该直流分量对永磁体的励磁磁场有去磁作用，永磁同步电动机伺服系统工作在基速以上时，可以在该方式控制下实现弱磁升速控制。（3）方式。在这种方式下，电枢绕组电流存在值周分量，且该直轴分量对转子励磁磁场有助磁作用，永磁同步电动机工作在该方式下可在一定程度上提高其输出转矩。......凸极永磁同步电